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# LaCC 接口
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LaCC(Loongarch32R Custom Coprocessor Interface) 接口是 Open-LA500 用于扩展自定义指令的接口。
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# 指令格式
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| 域 | 描述 |
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| ------ | --------------------------------------------------- |
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| opcode | 固定为1100,用于确定当前指令 |
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| command| 用于编码多个自定义指令，将发送至lacc接口 |
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| imm | 额外的立即数 |
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| rj | 第一个寄存器的编码 |
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| rk | 第二个寄存器的编码 |
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| rd | 目的寄存器编码，当目的寄存器不为0时会写回寄存器堆中 |
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# 接口定义
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> 方向为协处理器视角
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| 通道 | 方向 | 宽度 | 信号名 | 描述 |
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| -------- | ------ | ------------- | --------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| 全局 | input | 1 | lacc_flush | 当处理器触发异常或分支预测失败时将该信号置位 |
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| 请求 | input | 1 | lacc_req_valid | 处理器核发送请求 |
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| 请求 | input | LACC_OP_WIDTH | lacc_req_command| 指令中的command域 |
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| 请求 | input | 7 | lacc_req_imm | 指令中的imm域 |
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| 请求 | input | 32 | lacc_req_rj | 第一个寄存器的值 |
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| 请求 | input | 32 | lacc_req_rk | 第二个寄存器的值 |
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| 回复 | output | 1 | lacc_rsp_valid | 指令完成信号，处理器将继续执行 |
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| 回复 | output | 32 | lacc_rsp_rdat | 写回寄存器的数据 |
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| 访存请求 | output | 1 | lacc_data_valid | 向dcache发送的访存请求信号 |
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| 访存请求 | input | 1 | lacc_data_ready | dcache当前是否可以接受请求 |
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| 访存请求 | output | 32 | lacc_data_addr | 访存地址 |
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| 访存请求 | output | 1 | lacc_data_read | 是否为读请求 |
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| 访存请求 | output | 32 | lacc_data_wdata | 写入数据 |
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| 访存请求 | output | 2 | lacc_data_size | 访存数据大小 <br>2'b00: byte<br>2'b01: half<br>2'b10: word |
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| 访存回复 | input | 1 | lacc_drsp_valid | dcache发送的回复信号<br>写请求将会在第二周期接收到该回复<br>读请求将会在dcache成功后接收 |
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| 访存回复 | input | 32 | lacc_drsp_data | 访存得到的数据 |
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# 运行流程
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1. 在解码阶段解析 lacc 指令，并将 op 和 imm 发送给执行阶段
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2. 在执行阶段`lacc_req_valid`为1，lacc接口将接受 lacc 指令并暂停，直到`lacc_rsp_valid`为高才会将指令发送给下一级
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3. 如果需要访存，可以将 `lacc_data_valid` 置高并设置访存地址及大小等信息。当`lacc_data_valid`和`lacc_data_ready`同时为高则当前请求成功发送至dcache。
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4. 当指令执行完成之后将`lacc_rsp_valid`置高，指令将从 exe 级继续执行
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lacc读请求时序,读取地址为0x1C0FFF38，读取数据为0x00000000
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lacc写请求时序，写入地址为0x1C0FFEE8,写入数据为0x70A3A52B
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# 自定义指令
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添加自定义指令只需两步：
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1. 修改`mycpu.h`中的`LACC_OP_SIZE`为自定义指令数量（若`LACC_OP_SIZE`为1需要修改`LACC_OP_WIDTH`为1），并且取消`HAS_LACC`的注释
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2. 在`lacc_core.v`中删除示例`lacc_demo`，写入自定指令代码
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# demo
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demo实现了从两个地址载入向量，点乘之后再存入缓存中的功能，代码位于`lacc_demo.v`中。
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## 指令
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| 指令 | op | rj | rk | 描述 |
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| -------- | ---- | ----- | ----- | ----------------------------------------------- |
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| op_cfg | 1 | size | waddr | 设置写回地址及向量长度 |
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| op_lmadd | 0 | addr1 | addr2 | 设置需要计算的两个内存地址，对位相加再存入waddr |
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## 状态机
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| 状态 | 说明 | 转换条件 | 下一状态 |
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| --------- | --------------- | ----------------------------------------- | --------- |
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| IDLE | | lacc_req_valid & op_lmadd | REQ_ADDR1 |
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| REQ_ADDR1 | 访问addr1的数据 | data_hsk(访问addr1数据) | REQ_ADDR2 |
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| REQ_ADDR2 | 访问addr2的数据 | data_hsk(访问addr2数据) | FINAL |
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| FINAL | 计算结果并写回 | data_hsk & req_size_nz(写入数据且size!=0) | REQ_ADDR1 |
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| FINAL | | data_hsk & ~req_size_nz | IDLE |
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data_hsk即`lacc_data_valid & lacc_data_ready`，表明当前访存请求发送成功。
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**数据控制**
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使用buffer_valid信号表示第一个地址的数据是否被接收。wdata_valid表示写回数据准备完成
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当`buffer_valid & lacc_drsp_valid`为高时说明第二个地址的数据已经返回，在该周期计算`buffer_data+lacc_drsp_rdata`并写入wdata
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# 修改编译器
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我们可以使用".word xxxxxxx"的格式在汇编中添加自定义指令。但是这种方式阅读不够友好，并且不利于操作数读写，例如
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```c
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asm volatile (
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"move $r5, %[addr]\n\t"
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"move $r6, %[para]\n\t"
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".word 0xc00018a0\n\t"
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::[addr]"r"(addr),[para]"r"(para)
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:"$r5", "$r6"
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);
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```
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**修改编译器**
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我们可以修改binutils使得编译器可以识别自定义指令。
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- 下载loongarch toolchain: https://gitee.com/loongson-edu/la32r-toolchains/tree/master
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- 进入src/la32r_binutils/opcodes,打开loongarch-opc.c,在`loongarch_fix_opcodes`结构体中添加
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```c
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{0xc0000000, 0xf0000000, "lacc", "u22:6,r0:5,r5:5,r10:5,u15:7", 0, 0, 0, 0}
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```
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- 根据toolchina的README编译，并将bin目录添加到path中
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自定义指令的格式为:
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```
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lacc command, rd, rj, rk, imm
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```
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上例可以修改为：
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```c
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asm volatile (
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"lacc 0x0, $r0, %[addr], %[para], 0x0\n\t"
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::[addr]"r"(addr), [para]"r"(para)
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);
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```
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